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空沟减隔振对路基本体影响效果的试验研究

铁道科学与工程学报 2017年第4期14卷 752-761页

作者：张立群侯恩品刘晶磊宋绪国崔宏环河北建筑工程学院土木工程学院河北张家口075000 铁道第三勘察设计院集团有限公司天津300251

在我国交通运输中,高速铁路因具有明显的优越性得到日益发展,但随之而来的振动公害问题也日益突出,对周边建筑物及地下管道、生活环境和工作环境具有不可忽视的影响。基于此,各种减隔振措施相应出现,减隔振措施通过对波的反射、散射和... 详细信息

在我国交通运输中,高速铁路因具有明显的优越性得到日益发展,但随之而来的振动公害问题也日益突出,对周边建筑物及地下管道、生活环境和工作环境具有不可忽视的影响。基于此,各种减隔振措施相应出现,减隔振措施通过对波的反射、散射和衍射而产生一定的减隔振效果,同时不可忽略的是因为波的反射导致高速铁路路基振动加剧。针对以上问题,通过进行1 g条件下空沟减隔振措施的室内模型试验,分析空沟减隔振措施对高速铁路路基本体的影响效果。研究结果表明:空沟减隔振措施在发挥其减隔振作用的同时会对路基本体产生影响;空沟宽度改变对高速铁路路基本体振动加剧影响不明显;空沟深度改变是影响高速铁路路基本体振动加剧的主要因素,随着深度的增加对路基本体振动加剧效果越明显;空沟与高速铁路路基本体的距离改变对路基本体振动加剧影响也很显著。

关键词：高速铁路路基减隔振空沟模型试验

单排封闭式PVC空井减隔振措施的模型试验研究

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铁道科学与工程学报 2017年第9期14卷 1829-1837页

作者：刘晶磊马玉涛侯恩品冯桂帅王一峰张雷刚河北建筑工程学院土木工程学院河北张家口075000

针对高速铁路在运行过程中对周围环境产生的严重振动问题,通过进行1 g条件下单排封闭式PVC空井减隔振措施的室内缩尺模型试验,明确不同振动频率条件下其减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素,为实际工程提供参考。研究结果表明:单排封... 详细信息

针对高速铁路在运行过程中对周围环境产生的严重振动问题,通过进行1 g条件下单排封闭式PVC空井减隔振措施的室内缩尺模型试验,明确不同振动频率条件下其减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素,为实际工程提供参考。研究结果表明:单排封闭式PVC空井减隔振效果良好,设置后井后各处相对加速度最大衰减达20%左右。低频率振动下,增加空井直径可使靠近空井处的减隔振效果更加明显,而高频率振动下,对井后各处均有明显影响。增加空井的深度可提高其减隔振效果,且深度越深,减隔振效果增加的越明显,但相比于加大空井的直径,该措施的影响能力有限。减小井间距(净距)可提高其减隔振效果,但随着空井的加密,减隔振效果的增加逐渐变缓。

关键词：高速铁路减隔振单排封闭式PVC空井模型试验

高速铁路单排封闭式PVC空井减隔振效果的数值分析

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铁道建筑 2016年第11期56卷 137-140页

作者：刘晶磊马玉涛张立群宋绪国赵敏河北建筑工程学院土木工程学院河北张家口075000 铁道第三勘察设计院集团有限公司天津300251

高速铁路列车在运行过程中产生的振动,严重影响沿线居民的生活和科研院所的工作,需采取有效措施加以控制。通过无限元边界的有限元分析方法对高速铁路单排封闭式PVC（Polyvinyl Chloride）空井减隔振措施进行了研究,结果表明：列车荷载... 详细信息

高速铁路列车在运行过程中产生的振动,严重影响沿线居民的生活和科研院所的工作,需采取有效措施加以控制。通过无限元边界的有限元分析方法对高速铁路单排封闭式PVC（Polyvinyl Chloride）空井减隔振措施进行了研究,结果表明：列车荷载产生的振动波在土体的传播过程中,中、高频段的振动波衰减很快,低频段的振动波是引起土体振动的主要原因;随着空井深度的增加,减隔振效果增强但影响能力有限,建议空井深度设置为10～15 m;当空井直径在400 mm之内时,随着空井直径的增加减隔振效果显著增强,超过400 mm后,对减隔振效果的影响较小,建议空井直径设置为400～500 mm;随着空井间距的增加,减隔振效果明显减弱,建议空井间距设置在0.10 m以内。

关键词：高速铁路单排封闭式PVC空井减隔振无限元边界数值分析

激光选区熔化成形新型晶格结构减隔振性能的研究

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激光选区熔化成形新型晶格结构减隔振性能的研究

作者：张龙北京工业大学

学位级别：硕士

晶格结构由于其比强度高、比刚度高、吸能减振性能优良、轻量化等特性,在航天器、人造卫星、高速运载工具等领域被广泛应用。SLM激光选区熔化技术作为一种将CAD模型切片后逐层铺粉激光辐照熔化冷却凝结成形的方式,可以成形精细的晶格结... 详细信息

晶格结构由于其比强度高、比刚度高、吸能减振性能优良、轻量化等特性,在航天器、人造卫星、高速运载工具等领域被广泛应用。SLM激光选区熔化技术作为一种将CAD模型切片后逐层铺粉激光辐照熔化冷却凝结成形的方式,可以成形精细的晶格结构并可实现结构的定制化。通过设计新的晶格结构,合理的设置晶格结构的参数及阵列形式,可以使晶格结构的减隔振性能实现大幅度的提升,在航空航天振动控制,人造卫星微振动抑制和高速运载工具动态性能优化等领域具有可观的应用前景。本文介绍了阻尼振动抑制理论,借助有限元分析方法对晶格结构在振动载荷和压缩载荷下的反馈数据结果进行求解,讨论了晶格变形时结构应力场分布和吸能机理,并在将可加工性作为约束的情况下探究出晶格减隔振性能优化思路,从而提出了四种新的晶格结构设计。随后,对solution公司的SLM280成形设备进行结构成形极限的探究,找到适合成形的结构参数。以Al Si10Mg铝合金为原材料采用SLM激光选区熔化技术成形制备了五种结构,每种结构孔隙率相同同晶格常数即晶元尺寸不同的周期性阵列晶格结构。对成形的试样用频率响应法、静载荷恢复力分析法和准静态压缩法对比提出的四种结构的性能差异,建立了结构性能与晶元尺寸的关系。最后将模拟结果与实验结果进行对照,综合分析结果的异同,验证新设计的有效性和所采取的理论模型的适用性。本文得出的结论主要有:(1)通过对基本晶格的结构优化可以提升结构的减隔振能力,本文提出的优化方法及四种结构是十分有效的。优化后的结构由于质量和结构的改变,固有频率相比未改动的体心立方发生改变。(2)晶格常数对结构固有频率影响总体较小,且呈现出晶格常数越小,固有频率越高的特点。(3)对于不同的优化结构,压缩应力应变曲线会表现出吉布森模型中提出的弹塑性或弹脆性。且添加弧态杆件的结构对应力集中现象有了不错的改善。结论表明,在航空航天,人造卫星在轨,等工程应用场景条件下,本文提出的结构可以起到很好的减隔振作用,并在相对密度极小即高度轻量化的情况下,相对于体心立方更大的静刚度。

关键词：减隔振 AlSi10Mg 晶格结构阻尼有限元分析

高速铁路路基振动传播特性及连续减隔振措施研究

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高速铁路路基振动传播特性及连续减隔振措施研究

作者：张雷刚河北建筑工程学院

学位级别：硕士

高速铁路是一种能耗低、效率高的交通运输方式,对国民经济的快速发展起到了强有力的促进作用,但随着列车运行速度的提升、行车密度的提高以及铁路路网的加密,由高速铁路运营引发的环境振动问题逐渐突显出来,给人民的生产生活带来了诸多... 详细信息

高速铁路是一种能耗低、效率高的交通运输方式,对国民经济的快速发展起到了强有力的促进作用,但随着列车运行速度的提升、行车密度的提高以及铁路路网的加密,由高速铁路运营引发的环境振动问题逐渐突显出来,给人民的生产生活带来了诸多不利影响。目前在高速铁路减隔振措施中,设置减隔振屏障是最为普遍的方式,在屏障减隔振措施当中,空沟及填充沟等连续减隔振屏障因施工方便且减隔振效果较好而在实际工程中得到广泛应用。本文通过缩尺模型试验与有限元数值分析两种方法,对空沟及不同材料填充沟的减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素进行了分析,得出以下结论:(1)空沟减隔振措施实施后,在空沟后侧一定距离范围内会形成一个振动影响区域,振动影响区域的范围和强度受空沟深度影响较大,受宽度影响较少。设置空沟减隔振措施可使空沟后侧土体平均加速度值衰减30%0%。(2)空沟深度对减隔振效果影响显著,但增加至一定深度后,其减隔振效果增强幅度减小,并趋于平缓。综合计算结果与工程中空沟的施工难易程度,建议空沟深度设置为4m。空沟宽度对减隔振效果影响不明显,宽度的增加不能很好的降低空沟后侧土体的平均加速度值,还可能导致平均加速度值的增大,建议空沟宽度设置在1m以内。(3)在列车荷载幅值相同的条件下,空沟对高频振动减隔振效果较好,对低频振动减隔振效果相对较弱。空沟的减隔振效果随频率的升高而增强,当频率升高至一定程度后,减隔振效果变的平稳。(4)空沟减隔振效果最佳,其次为橡胶颗粒填充沟和碎石填充沟,沙子填充沟效果最差,在距填充沟较近位置处,不同工况减隔振效果相差较大,随着距离的增加,各工况减隔振效果逐渐接近。(5)除橡胶颗粒填充沟外,空沟、沙子填充沟和碎石填充沟对沟前土体振动都有不同程度的加剧,在高速铁路连续减隔振屏障设计与实施中,应注意屏障对路基本体的影响。

关键词：高速铁路减隔振空沟填充沟模型试验数值分析

高架线高速铁路引起环境振动的减隔振措施研究

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高架线高速铁路引起环境振动的减隔振措施研究

作者：于辉北京交通大学

学位级别：硕士

本文简略介绍了高速铁路高架线路引起环境振动的原因、特点以及环境振动的危害,并总结环境振动控制研究的方法和研究内容。在总结前人研究成果的基础上,介绍了环境振动减隔振措施研究的国内外现状和取得的成果。利用数值模拟方法对... 详细信息

本文简略介绍了高速铁路高架线路引起环境振动的原因、特点以及环境振动的危害,并总结环境振动控制研究的方法和研究内容。在总结前人研究成果的基础上,介绍了环境振动减隔振措施研究的国内外现状和取得的成果。利用数值模拟方法对高速列车通过高架桥引起的环境振动进行了分析。将系统分为两个子模型：列车—桥梁—桥墩上部子模型和基础—土体下部子模型,两个子模型通过墩底反力联系在一起。通过在上部模型中模拟移动列车荷载计算得到墩底反力,将其作用在下部子模型上,经过计算分析即可得到地面土体各点的振动。上部子模型分析时,用移动的荷载列模拟列车;梁体和桥墩采用\NSYS中的Beam188单元模拟,该单元可以自定义截面形状;为了模拟四跨简支梁的平面模型,将墩拆分为两部分,每部分的尺寸和刚度为原有墩的一半。建立模型后,通过计算得到墩底的反力和中间两跨跨中的位移,将两部分墩底反力相加即得作用于下部模型的墩底反力。在桩基—土体下部子模型中,桩基和土体采用Solid45单元模拟,耦合两者接触面上重合节点的所有自由度;模型底部采用固定边界,侧面采用Combine14单元模拟的三维粘弹性人工边界。将上部模型中得到的墩底反力作用在下部模型上,求解可得地面土体在无隔振措施下的振动响应。在土体模型中加入各种隔振措施,包括空沟、单排桩、实体波阻块、蜂窝波阻块,分析并进行对比,可得各种隔振措施的隔振效果。通过无隔振措施时的分析发现,地面振动主频主要集中在低频范围。随着距桥墩距离的增加,地面各点的振动响应随之减弱。对各种隔振措施进行分析,发现均有一定的隔振效果,在屏障后地面振动明显降低,其中空沟的隔振效果相对较好。将空沟屏障应用于实际工程,分析发现隔振效果良好,有效降低了地面的振动响应。

关键词：有限元法高速铁路高架桥环境振动减隔振

京张高铁路基环境振动现场实测及减隔振技术研究

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京张高铁路基环境振动现场实测及减隔振技术研究

作者：王海洋河北建筑工程学院

学位级别：硕士

近年来,我国高速铁路发展迅速。随着“八纵八横”高速铁路主通道、高速铁路区域连接线以及城际客运铁路建设的不断深入,高速铁路网的覆盖面将进一步扩大,由此产生的环境振动不可避免地会对高速铁路线路邻近建筑物造成不利影响。因此,为... 详细信息

近年来,我国高速铁路发展迅速。随着“八纵八横”高速铁路主通道、高速铁路区域连接线以及城际客运铁路建设的不断深入,高速铁路网的覆盖面将进一步扩大,由此产生的环境振动不可避免地会对高速铁路线路邻近建筑物造成不利影响。因此,为创造健康、舒适的居住环境,并对重要建筑物进行必要的保护,满足居民提高生活质量和重要设施保护迫切要求,有必要开展高铁路基减隔振技术的研究工作。为有效解决因环境振动带来的负面影响,本文通过现场实测、模型试验、仿真模拟对不同减隔振措施展开了相关的研究,主要研究结论如下:(1)开展了寒冷地区复兴号CR400BF-G型列车在京张高速铁路某路基段的现场实测试验,对实测数据进行分析,掌握了高速铁路路基段环境振动的传播衰减规律。时域曲线加速度幅值随着距线路外轨距离的增大而逐渐减小;频域曲线振动主频在19Hz～42Hz范围内分布,且分布较为集中;振级曲线中振级值随着距线路外轨距离的增大而逐渐减小,在相同测点下振级曲线中振级值随着车速的降低也逐渐减小。编写了数据处理程序,实现了数据的批量导入、处理及报告的生成,提高了数据处理效率,掌握了振动测试与数据处理技术。(2)基于京张高速铁路现场实测数据,选用FLAC3D建立高速铁路路基段三维动力仿真模型,从路基地表环境振动振级随距离传播衰减规律的对比可以看出,整体而言振级呈现出随距铁路线距离的增加逐渐衰减,仿真值的趋势和大小都和实测值吻合较好,进一步验证了仿真模型的建立和参数选取设置的合理性,为下一步减隔振技术的研究奠定了基础。(3)通过在室内模型箱内构建不同减隔振技术的缩尺试验模型,分析了不同因素对路堤减隔振效果的影响,结果表明:当路堤高度小于15cm时,整体而言随着路堤高度的增加减隔振效果越好;当路堤坡率小于1:2时,整体而言随着路堤坡率的减小减隔振效果越好。(4)通过数值仿真开展了高速铁路路基不同减隔振技术关键设计参数的分析。采用FLAC3D对不同减隔振技术的关键设计参数进行了高速铁路路基三维动力仿真分析,结果表明:对于路堤结构,路堤边坡直立时有较好的减隔振效果,因此可优先采用U型槽结构;地基加固有明显的减隔振效果,桩长越长,减隔振效果越好。当桩径为4m时减隔振效果较好。桩间距宜为3倍的桩径,其他桩间距,即便是实体基础,减隔振效果差异不明显。宜在路堤横断面考虑采用内长外短的桩型布置,可有效减小振动。

关键词：高速铁路现场实测模型试验仿真模拟减隔振

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地铁对电力隧道的振动影响及减隔振效果研究

地铁对电力隧道的振动影响及减隔振效果研究

作者：林文剑广州大学

学位级别：硕士

随着城市化及地下空间的发展,电力隧道与地铁隧道不可避免的存在交叉重叠区域,而地铁运行引起电力隧道的振动会诱发电力隧道结构破坏、渗漏等危害。故本文研究旨在探索地铁荷载作用下电力隧道的振动影响及减隔振措施。选取广州500k V穗... 详细信息

随着城市化及地下空间的发展,电力隧道与地铁隧道不可避免的存在交叉重叠区域,而地铁运行引起电力隧道的振动会诱发电力隧道结构破坏、渗漏等危害。故本文研究旨在探索地铁荷载作用下电力隧道的振动影响及减隔振措施。选取广州500k V穗西楚庭输变电工程作为原模型。以相似理论为基础,按1:15的缩尺模型试验为研究方法,研究地铁振动下不同轴线交叉角度、不同空间平行角度、不同距离、不同车速、不同荷载及频率等影响因素下电力隧道振动响应机理。通过缩尺模型试验及数值模拟的研究方式,获得的重要结论如下:(1)设计研发了可以较真实反映地铁列车运行状态的加载体系。包括了可调节反力架系统和可移动且速度可变的动力小车系统,可调节反力架系统可应对加载过程中围岩土的不均匀变形而产生的地铁隧道随沉降导致加载系统与隧道结构剥离,避免动力加载的缺失问题;可移动且速度可变的动力小车系统还原地铁运行时地铁列车的停止、启动、匀速和加速等状态。(2)通过缩尺模型试验得到了地铁荷载作用下地铁隧道—土—电力隧道体系的动力响应规律,结果表明,振动沿地铁或电力隧道结构传播规律为平行于轨道方向衰减最快、水平垂直于轨道方向次之、竖向衰减最慢;土体中加速度最大区域位于地铁隧道下部,侧部次之,上部较小,各向衰减均逐渐变缓;且振动在土体中传播时横向衰减最快、纵向次之、竖向衰减较慢;通过频谱分析发现土体对高频具有抑制作用;当振动波遇到地下结构如电力隧道时,会出现波的折射和反射,会造成波的叠使振动局部放大。(3)通过不同荷载及频率、不同车速等加载方式,发现加载荷载作用下,隧道结构和土体的振动波形与振源的发生荷载波形一致。正弦低频时隧道和土中加速度不具备正弦波形,高频时为正弦波形。扫频荷载在扫频周期内先线性增加后线性减小。列车速度增大时,土体和隧道结构的加速度及高频幅值增大;加速度随列车速度增大而增大,一方面是由于高频频率的加速度有效幅值增大,另一方面是由于速度快时轨道不平顺引起附加荷载增大;速度增大时隧道结构下部土压力增大,上部土压力减小;车速增大时动应变减小且减小趋势较小。(4)通过对不同轴线交叉角、不同平行空间角和不同距离的位置关系试验,发现轴线交叉角对电力隧道振动的响应存在影响,由0～90度变化过程中加速度逐渐减小且减小趋势由0～45度较快到45～60度变缓、60～90度较为平缓;不同平行空间角对电力隧道振动的响应存在着一定程度影响,当电力隧道沿地铁隧道正下方顺时针移动至正上方过程中,一方面振动峰值区域由电力隧道底部逆时针转移至顶部即由正下方时处于顶部到左下方时处于右上角、正左方时处于右部、左上方时处于右下角到正上方时处于底部,另一方面振动峰值呈现先减小后增大的趋势,电力隧道位于地铁隧道底部时加速度峰值最大,顶部时次之,正左侧时最小;在不同距离条件下,随着距离增加加速度逐渐减小。(5)EPS聚乙烯泡沫通过内部的泡沫气泡的压缩变形的方式消耗振动能量;橡胶颗粒均可以通过自身的变形及颗粒间的摩擦吸收振动能量,两者具备姣好的减隔振效果,相比之下,EPS减隔振效果更优。

关键词：动力响应电力隧道缩尺模型试验数值模拟减隔振

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正六边形截面桩在公路减隔振中的应用研究

正六边形截面桩在公路减隔振中的应用研究

作者：唐家旗河北建筑工程学院

学位级别：硕士

随着我国城乡经济的不断发展,城乡公路网越来越密集,有许多道路穿越城镇乡村,与建筑物只有“咫尺之遥”。在道路的施工与运营过程中,施工荷载及交通荷载对毗邻建筑物造成的振动环境污染问题也日益凸显。鉴于此,应当提出相关的隔振措施... 详细信息

随着我国城乡经济的不断发展,城乡公路网越来越密集,有许多道路穿越城镇乡村,与建筑物只有“咫尺之遥”。在道路的施工与运营过程中,施工荷载及交通荷载对毗邻建筑物造成的振动环境污染问题也日益凸显。鉴于此,应当提出相关的隔振措施来减低振动污染,常见方法是在振源与建筑物之间设置减隔振措施。因此提出了一种新型正六边形截面混凝土桩,研究排桩排布形式及几何参数等因素对隔振效果的影响,再采用数值模拟软件进一步分析建筑物在施工荷载及交通荷载的分别作用下的振动响应规律以及设置隔振措施后的振动响应规律。得到以下结论:（1）开展了室内模型试验对排桩的排布形式进行隔振效果研究,得到正六边形截面排桩的排数对隔振效果影响较大;在低频荷载作用时,三排桩排间距的减小对隔振效果影响较大;三排桩变排间距与等排间距的隔振效果相当,等排间距的隔振效果甚至更优于变排间距;在低、中频荷载作用时,三排桩桩间距减小对隔振效果的影响较大;无论是双排桩还是三排桩,菱形排布比矩形排布效果稍好。（2）通过数值模拟软件建立与模型试验1:1的模型,对比发现同种工况下两者的结果规律基本一致,也验证了数值模拟软件在减隔振分析中的有效性。模拟研究了不同几何参数情况下三排桩的隔振效果,发现排桩的桩长对隔振效果影响较大,桩截面尺寸的影响比较小。（3）通过数值模拟软件建立路基-地基-建筑物模型,分析道路交通荷载对建筑物的振动响应规律,然后在振源与建筑物之间设置单排桩隔振,改变隔振位置,分析建筑物振动响应变化。结果表明:随着车速增加,建筑物的径向最大加速度几乎没有变化,竖向最大加速度缓慢增加,但增加不显著。随着振源距增加,建筑物径向加速度在不同楼层衰减程度不一样,对于竖向加速度,建筑物各楼层加速度的衰减速度基本一致。在设置隔振单排桩后,建筑物各楼层径向加速度变化不大,对于竖向加速度,排桩设置在距离振源13m处隔振效果最佳。（4）通过数值模拟软件建立地基-建筑物模型,分析夯锤冲击荷载对建筑物的振动响应规律,然后在振源与建筑物之间设置单排桩,改变隔振位置,分析建筑物振动响应变化。结果表明:随着夯击能级增加,加速度逐渐变大,且增长趋势基本一致。随着振源距的增大,径向与竖向加速度衰减速度也基本一致。设置隔振单排桩后,建筑物各楼层径向与竖向加速度都在衰减,排桩设置在距离振源13m处隔振效果最佳。

关键词：道路交通荷载夯击荷载减隔振非连续隔振屏障有限元分析